Вісник НАН України. 2019. № 7. С. 25-32

ШУБА Ярослав Михайлович  —
член-кореспондент НАН України, завідувач відділу нервово-мʼязової фізіології Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України

БІОФІЗИКА КАНЦЕРОГЕНЕЗУ ПРОСТАТИ: НОВИЙ ПОГЛЯД НА ПРОБЛЕМУ
Стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 29 травня 2019 року

У доповіді обговорено результати, отримані вченими Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України у співробітництві з науковцями лабораторії клітинної фізіології Лілльського університету під час дослідження клітинних, молекулярних та біофізичних механізмів канцерогенезу простати. Досягнуті результати важливі для з’ясування фундаментальних питань залучення мембранних кальційтранспортних структур, а також змін механізмів регуляції внутрішньоклітинного кальцієвого гомеостазу в злоякісне переродження епітеліальних клітин простати та виявлення молекулярних мішеней при лікуванні раку простати.

Шановний Борисе Євгеновичу!

Шановні члени Президії НАН України!

Не виключаю, що чере назву моєї доповіді у багатьох може виникнути запитання: який стосунок біофізика може мати до раку простати? Тому одразу підкреслю, що під «біофізикою» я маю на увазі такі біофізичні характеристики клітин, як трансмембранні іонні струми та внутрішньоклітинний кальцієвий гомеостаз, досліджувати які неможливо без використання біофізичних методів електрофізіології та флуоресцентної кальційметрії. Цей підхід є новим і нетрадиційним для вивчення проблем злоякісного переродження, але останнім часом він дедалі більше привертає до себе увагу дослідників.

Оскільки більшість присутніх у цьому залі не є біологами за фахом, то перед тим як перейти безпосередньо до результатів наших досліджень, на мою думку, буде доречно, якщо я зроблю спочатку невеличкий вступ, у якому наведу базову інформацію про те, що таке іонні канали, які з них є Са2+-провідними, яка їхня роль у кальцієвому сигналюванні клітин і що являють собою так звані депо-залежні, або депо-керовані, кальцієві канали. Ця інформація, як на мене, є абсолютно необхідною для розуміння другої частини моєї доповіді, в якій я вже конкретно розповім про каналоформувальні білки Orai1 і Orai3, які, як виявилося, є важливими детермінантами канцерогенезу простати.

Отже, іонні канали — це білкові структури в біологічних мембранах, які утворюють трансмембранну водну пору, через яку відбувається пасивний обмін різними іонами між компартментами (відділеннями) клітин, розділеними цими мембранами. Відкривання і закривання пори може регулюватися найрізноманітнішими фізико-хімічними чинниками середовища, що забезпечує перетворення довільних сигналів у єдину електрохімічну форму, здатну оброблятися різними системами організму.

Іонні канали зазвичай складаються з кількох білкових молекул — субодиниць, тобто вони є мультимерами. Якщо субодиниці каналу однакові, кодовані одним геном, канал називають гомомультимером; якщо субодиниці різні (наприклад, α і γ на рис. 1) — гетеромультимером.

Основними функціями іонних каналів є такі:

1) біоелектрогенез — процес, пов’язаний зі здатністю каналів пропускати струм заряджених іонів, завдяки чому може змінюватися потенціал на мембрані;

2) регуляція об’єму клітини — для підтримання тонічності клітини перенос іонів завжди супроводжується перетіканням води крізь мембрану, що супроводжується зморщуванням або набуханням клітини;

3) постачання всередину клітини іонів кальцію, який є важливим внутрішньоклітинним сигнальним елементом. Природа обрала на цю роль саме кальцій через його здатність комплексуватися з високою спорідненістю з великою кількістю різних Са2+-чутливих білків, впливаючи при цьому на їх конформацію і функцію. Саме Са2+-транспортувальна функція іонних каналів є важливою в контексті нашого сьогоднішнього розгляду, тому я зупинюся на ній детальніше.

Іонні канали, здатні пропускати іони кальцію, називають кальційпроникними. Природа розпорядилася так, що в цитоплазмі клітини, де розгортаються основні події життєдіяльності, Са2+ дуже мало, а тому на тлі такої низької концентрації навіть невелике її збільшення може виконувати сигнальну функцію. Для того щоб відбулося таке підвищення концентрації кальцію в клітині, він має або потрапити із зовнішнього простору, де його приблизно в 10 000 разів більше, ніж у цитоплазмі, або вивільнитися з внутрішньоклітинних кальцієвих депо ендоплазматичного ретикулума, в яких клітина зберігає Са2+.

Повний текст